Υπολογιστική προσομοίωση φωτιάς σε διαμέρισμα υπό συνθήκες εξαναγκασμένου αερισμού

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική μελετάται η ανάπτυξη και εξάπλωση της φωτιάς σε διαμέρισμα υπό συνθήκες εξαναγκασμένου αερισμού. Τα φαινόμενα στα οποία δίνεται έμφαση αφορούν τα χαρακτηριστικά της φωτιάς και τον τρόπο εξάπλωσης της μέσα κι έξω από το χώρο του διαμερίσματος για διαφορετικές ταχύτητες εξωτερικού ανέμου και διαφορετική θέση της εστίας. Για την υπολογιστική προσομοίωση του φαινομένου χρησιμοποιήθηκε ο κώδικας υπολογιστικής ρευστομηχανικής, Fire Dynamics Simulator, FDS κι οι πειραματικές μετρήσεις των (Huang et al.., 2008) σε ένα μοντέλο δωματίου υπό-κλίμακα. Αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά σε κάποια γενικά χαρακτηριστικά της φωτιάς, ενώ παράλληλα παρουσιάζονται και οι πιο διαδεδομένες εμπειρικές σχέσεις υπολογισμού των μορφολογικών χαρακτηριστικών τους. Δίνονται πληροφορίες για τις δεξαμενές φωτιάς (κηλίδες) υγρών καυσίμων και αναλύονται τα στάδια ανάπτυξης της φωτιάς σε εσωτερικούς χώρους. Ακόμα, αναλύονται τα χαρακτηριστικά ανάπτυξης φωτιάς σε διαμερίσματα σε περιπτώσεις όπου η ανάπτυξη του φαινομένου εξαρτάται από την διαθεσιμότητα σε καύσιμο ή από τις συνθήκες αερισμού του χώρου. Στο δεύτερο κεφάλαιο, πραγματοποιείται βιβλιογραφική ανασκόπηση η οποία εστιάζει σε τρεις βασικούς άξονες: πειράματα φωτιάς σε διαμερίσματα, πειράματα φωτιάς σε περιπτώσεις εξάπλωσης φωτιάς κατά την πρόσοψη κτιρίων και πειράματα φωτιάς σε αεροσήραγγες. Στα πλαίσια της σύντομης βιβλιογραφικής αναφοράς επιχειρείται η ανάδειξη της έρευνας που έχει διεξαχθεί τα τελευταία χρόνια με βασικό αντικείμενο την πυρκαγιά σε εσωτερικούς χώρους κι απώτερο σκοπό τη βελτιστοποίηση των συστημάτων πυρασφάλειας και πυρανίχνευσης. Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται μία ανασκόπηση της μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε για προσομοιώσεις φωτιάς και για ροές χαμηλών ταχυτήτων που οφείλονται στην ύπαρξη θερμότητας. Παρουσιάζεται αναλυτικά ο κώδικας υπολογιστικής ρευστομηχανικής FDS κι οι εξισώσεις που επιλύονται σε αυτόν. Περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά λειτουργίας του κώδικα καθώς και τα διάφορα μοντέλα που χρησιμοποιούνται. Στο τέταρτο κεφάλαιο, περιγράφεται το κυρίως αντικείμενο της μελέτης που πραγματοποιήθηκε, το οποίο αφορά την προσομοίωση φωτιάς ελεγχόμενης από τις συνθήκες αερισμού σε μοντέλο υπό- κλίμακα. Παρουσιάζεται το ροϊκό και θερμοκρασιακό πεδίο για το εσωτερικό του διαμερίσματος και για το πλούμιο της φωτιάς που εξέρχεται από αυτό ενώ ταυτόχρονα συγκρίνονται οι προλέξεις της θερμοκρασίας με διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα. Από αυτήν τη σύγκριση εξάγονται σημαντικά συμπεράσματα για την επίδραση της θέσης της εστίας και της έντασης του ανέμου στην ανάπτυξη φωτιάς σε κλειστούς χώρους υπό συνθήκες εξαναγκασμένου αερισμού.

In this thesis, we study the development and spread of fire in apartment under conditions of forced ventilation. The study focus on the fire characteristics and spreading of inside and outside the apartment for different wind speeds and different locations of fire source inside the apartment. For computational simulation of this phenomenon was used computational code Fluid, Fire Dynamics Simulator, FDS and experimental measurements (Huang et al .., 2008) in a model-scale compatment. Initially, the first chapter refers to some general characteristics of the fire, while also present the most widespread empirical calculation of morphological characteristics. Some useful pieces of Information for liquid pool fires (spills) are written down while also present the developmental stages of fire spread inside enclosures. In addition, the growth characteristics of fire in appartments are analyzed when the development of the phenomenon depends on the availability of the fuel or the conditions ventilation. In the second chapter, performed literature review that focuses on three pillars: Experiments fire departments, fire experiments in cases spread of fire in front of buildings and fire experiments in wind tunnels. Within the short bibliographic reference attempt to show the research that has been conducted to last year with the main object of the fire indoors, and the ultimate goal of optimization of fire protection systems and fire detection. The third chapter is an overview of the methodology used for fire simulations and low speed flows due to existence of heat. Analytical presentation of the CFD code FDS and the equations solved in it. Also, the basic operating characteristics of the source and the different models used are described. The fourth chapter describes the main objective of the study which was the relating to simulate fire controlled ventilation conditions in a sub-model scale apartment. Presents the Flow and temperature field on the inside of the apartment and the fire plume exiting it while comparing the temperature's results of the simulation with available experimental data. From this comparison important conclusions about the effect of the location of the fire source and intensity of wind development fire indoors under forced ventilation are extracted.